JP7038913B1 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

半導体レーザ装置（５０）は、半導体基板（１）と、井戸層（１３）及び障壁層（１４）が交互に積層された多重量子井戸構造の活性層（３）と、を備えている。障壁層（１４）は、半導体基板（１）よりも小さな格子定数（ＳＬｂ）を有している。少なくとも１つの井戸層（１３ａ）は、半導体基板（１）の格子定数（ＳＬｓ）以上の格子定数である第一格子定数（ＳＬｗｃ）を有しており、他の井戸層（１３ｂ、１３ｃ）は、半導体基板（１）よりも大きな格子定数であって、第一格子定数（ＳＬｗｃ）よりも大きい格子定数（ＳＬｗｐ）を有している。第一格子定数（ＳＬｗｃ）を有する井戸層（１３ａ）は、活性層（３）における積層方向の中央部に配置されている。

Description

本願は、半導体レーザ装置に関するものである。

現在、光通信システムなどに用いられている半導体レーザ装置の光を発光させる活性層には多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造が広く使用されている。この多重量子井戸構造は、厚さが数ｎｍの井戸層（ウエル層）を障壁層（バリア層）で挟むようにして、井戸層と障壁層とが多層に積層された構造である。

開発当初の多重量子井戸構造は、基板に格子整合した井戸層又は障壁層を用いた構造であった。しかし、その後、歪多重量子井戸構造（歪ＭＱＷ構造）を活性層に用いた半導体レーザ装置の優位性が多くの研究機関から報告されてきた。

例えば、基板より数パーセント格子定数が大きく、数ｎｍの厚さの井戸層を、基板と同じ格子定数で、数ｎｍの厚さの井戸層よりバンドギャップの大きな障壁層で挟み込む多重量子井戸構造を考える。こうすると井戸層が周りの障壁層の格子定数にむりやり一致させられて格子定数を小さくしようとする圧縮歪が井戸層に加わった構造となる。歪多重量子井戸構造では、歪の作用で正孔のエネルギーバンドが変わり、状態密度に大きな変化を生じることが一般に知られている。また、井戸層に引張歪を加えると軽い正孔に対応したエネルギーバンドが最もエネルギーの低い準位となり、その状態密度が大きくなる。井戸層に圧縮歪を加えると重い正孔に対応したエネルギーバンドが低エネルギーとなり、その状態密度が小さくなる。このようなエネルギーバンド構造の変化を利用して、発振しきい値の低減、発振スペクトル線幅の狭線幅化、変調周波数の高速化など半導体レーザ装置の大幅な特性の改善が行われている。

ところが、前述した所望の格子定数を持つ井戸層を基板と同じ格子定数の障壁層で挟むようにして、井戸層及び障壁層を交互に多層に積層して多重量子井戸構造を形成した場合、井戸層の全体の厚さ（膜厚）が所定の一定の臨界値（臨界膜厚）を超えると、井戸層と障壁層との界面にミスフィット転位が発生する。そして井戸層の歪が大きい程、臨界膜厚は小さくなる。すなわち、井戸層の数が増えるに従って、井戸層の歪による応力が蓄積され、ミスフィット転位が発生してしまう。半導体レーザ装置の特性を向上させるためには、井戸層の歪を大きくし、井戸層の数を増やす必要があるが、多重量子井戸の膜厚が臨界膜厚で制限されるというトレードオフの関係が存在する。この臨界膜厚の制限を緩和するため、いわゆる歪補償多重量子井戸構造が開発された。

この歪補償多重量子井戸構造は圧縮歪を有する井戸層と引張歪を有する障壁層とを組み合わせたものであり、これによって、ミスフィット転位を発生させる応力を相殺又は低減し、ミスフィット転位の発生を抑制するものである。従って、歪補償多重量子井戸構造を用いれば、大きな歪を持つ井戸層を使用しても大きな厚みを持つ歪補償多重量子井戸構造を作成することができ、半導体レーザ装置の特性を向上できる。

例えば、非特許文献１、非特許文献２には、歪補償多重量子井戸構造を備えた半導体レーザ装置が開示されている。非特許文献１には、１．４３％の圧縮歪を有する５つの井戸層を有する歪補償多重量子井戸構造の活性層を備えた半導体レーザ装置が開示されている。非特許文献２には、１．４４％の圧縮歪を有する５つの井戸層を有する歪補償多重量子井戸構造の活性層を備えた半導体レーザ装置が開示されている。歪補償多重量子井戸構造の活性層を備えた半導体レーザ装置において、通常の場合、各井戸層における厚さ、組成、歪量は同一であり、各障壁層における厚さ、組成、歪量は同一である。また、一般に井戸層の格子定数が半導体基板の格子定数より大きい状態、いわゆる圧縮歪を加えるほど、微分利得が大きく、光出力が大きくなるなどの特性向上が図れることは前述した通りである。

IEEE JORUNAL OF QUANTUM ELECTRONICS. VOL. 30, NO.2, FEBRUARY 1994, pp.511-521 IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 7, NO.2, MARCH/APRIL 2001 pp.340-349

歪補償多重量子井戸構造を備えた半導体レーザ装置であっても、歪補償多重量子井戸構造の活性層における井戸層の圧縮歪量を増加させた場合、歪応力の増大により井戸層と障壁層との間に格子不整合によるミスフィット転位すなわち欠陥が発生する。このようなミスフィット転位は理想的な結晶構造からのずれにより、エネルギーバンドの禁制帯内に局所準位を形成し、それらが発光ではなく、キャリア再結合過程により発熱をもたらす。このような局所準位は非発光再結合準位と呼ばれている。この欠陥は非発光中心となる。非発光中心では、発光しないのでレーザ光に対する吸収領域となる。

多くの非発光中心がある場合は発生する熱が多くなり、活性層のバンドギャップの低下に伴ってさらに光吸収量が多くなり、温度が上昇して最後には活性層等の結晶が溶融するようなデバイス劣化が生じる問題がある。

非特許文献１、２では、５つの井戸層を有する歪補償多重量子井戸構造の活性層を備え、可能な限り井戸層の圧縮歪量を大きくした半導体レーザ装置が開示されている。非特許文献１、２に開示された半導体レーザ装置は、基板と同じ格子定数の障壁層を用いた多重量子井戸構造にくらべて活性層の歪は低減されている。しかし、可能な限り井戸層の圧縮歪量を大きくしているため、非特許文献１、２に開示された半導体レーザ装置は、製造ばらつき等によりミスフィット転位すなわち欠陥が発生しやすくなっている。

歪補償多重量子井戸構造の活性層の井戸層の圧縮歪量を低減させ、歪応力を小さくすることにより井戸層と障壁層間の格子不整合によるミスフィット転位の発生を防ぐことができる。しかし、歪補償多重量子井戸構造の活性層の全ての井戸層の圧縮歪量を低減させると微分利得が低下し、半導体レーザ装置の特性が悪化してしまう。

本願明細書に開示される技術は、特性を維持しながら活性層の非発光中心となる欠陥を減少できる半導体レーザ装置を提供することを目的とする。

本願明細書に開示される一例の半導体レーザ装置は、半導体基板と、井戸層及び障壁層が交互に積層された多重量子井戸構造の活性層と、を備えている。障壁層は、半導体基板よりも小さな格子定数を有している。少なくとも１つの井戸層は、半導体基板の格子定数以上の格子定数である第一格子定数を有しており、他の井戸層は、半導体基板よりも大きな格子定数であって、第一格子定数よりも大きい格子定数を有している。第一格子定数を有する井戸層は、活性層における積層方向の中央部に配置されている。他の井戸層の格子定数と第一格子定数との差は８．８ｐｍ以下である。井戸層は、材料がＡｌＧａＩｎＡｓであり、膜厚が４から６ｎｍである。障壁層は、材料がＡｌＧａＩｎＡｓであり、膜厚が６から１０ｎｍである。井戸層の層数は１０から１３であり、障壁層の層数は井戸層の層数よりも１つ少ない数である。第一格子定数を有する井戸層の歪量は、中央値が０．１５３％であり、最小値が０．０００％であり、最大値が０．３０７％である。他の井戸層の歪量は、中央値が０．９０３％であり、最小値が０．３０７％であり、最大値が１．４９９％である。障壁層の歪量は、中央値が－０．３９２％であり、最小値が－１．１９３％であり、最大値が０．４０９％である。

本願明細書に開示される一例の半導体レーザ装置は、井戸層及び障壁層の材料がＡｌＧａＩｎＡｓであり、他の井戸層よりも小さい第一格子定数を有する井戸層が活性層における積層方向の中央部に配置されており、他の井戸層の格子定数と第一格子定数との差は８．８ｐｍ以下であり、第一格子定数を有する井戸層、他の井戸層の歪量、障壁層の歪量における中央値がそれぞれ、０．１５３％、０．９０３％、－０．３９２％であるので、特性を維持しながら活性層の非発光中心となる欠陥を減少できる。

実施の形態１に係る半導体レーザ装置の断面構造を示す図である。 図１の半導体レーザ装置の製造方法を示す図である。 図１の半導体レーザ装置の製造方法を示す図である。 図１の半導体レーザ装置の製造方法を示す図である。 図１の半導体レーザ装置の製造方法を示す図である。 図１の活性層の断面構造を示す図である。 図６の井戸層の配置を示す図である。 図１の活性層のエネルギーバンド構造を示す図である。 図１の活性層の格子定数差を示す図である。 図１の活性層の格子定数を示す図である。 図１の活性層における井戸層の格子定数の例を示す図である。 実施の形態２に係る半導体レーザ装置の第一例の要部の断面構造を示す図である。 図１２の活性層の格子定数差を示す図である。 図１２の活性層の格子定数を示す図である。 実施の形態２に係る半導体レーザ装置の第二例の要部の断面構造を示す図である。 図１５の活性層の格子定数差を示す図である。 図１５の活性層の格子定数を示す図である。 図１５の活性層における井戸層の格子定数の例を示す図である。 実施の形態３に係る半導体レーザ装置の要部の断面構造を示す図である。 図１９の活性層のエネルギーバンド構造を示す図である。 図１９の活性層の格子定数を示す図である。

実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る半導体レーザ装置の断面構造を示す図である。図２～図５は、それぞれ図１の半導体レーザ装置の製造方法を示す図である。図６は図１の活性層の断面構造を示す図であり、図７は図６の井戸層の配置を示す図である。図８は図１の活性層のエネルギーバンド構造を示す図であり、図９は図１の活性層の格子定数差を示す図である。図１０は図１の活性層の格子定数を示す図であり、図１１は図１の活性層における井戸層の格子定数の例を示す図である。実施の形態１の半導体レーザ装置５０は、半導体基板１と、井戸層１３及び障壁層１４が交互に積層された多重量子井戸構造の活性層３と、を備えている。多重量子井戸構造の活性層３は歪が補償されており、多重量子井戸構造の活性層３は歪補償多重量子井戸構造の活性層３でもある。

半導体レーザ装置５０の断面構造を説明する。半導体レーザ装置５０は、例えば面方位（１１０）のｎ型ＩｎＰの半導体基板１と、半導体基板１の表面に形成され、［０１１］方向に延伸しているメサストライプ５と、メサストライプ５の両側に形成されたＦｅドープＩｎＰの半絶縁性層６と、半絶縁性層６の表面に形成されたｎ型ＩｎＰのブロック層７と、メサストライプ５及びブロック層７の表面に形成されたｐ型ＩｎＰのクラッド層８と、クラッド層８の表面に形成されたｐ型ＩｎＧａＡｓのコンタクト層９と、コンタクト層９の表面に形成されたアノード電極１０と、半導体基板１の裏面に形成されたカソード電極１１と、を備えている。メサストライプ５が半導体基板１から突出している方向はｙ方向であり、メサストライプ５が半導体基板１において延伸している方向はｚ方向であり、ｙ方向及びｚ方向に垂直な方向はｘ方向である。半導体基板１の表面はｙ方向正側の面であり、半導体基板１の裏面はｙ方向負側の面である。半導体レーザ装置５０における各構成物の表面側はｙ方向正側であり、半導体レーザ装置５０における各構成物の裏面側はｙ方向負側である。

メサストライプ５は、ｎ型ＩｎＰの第一クラッド層２と、歪補償多重量子井戸構造の活性層３と、ｐ型ＩｎＰの第二クラッド層４と、を備えている。活性層３は、第一クラッド層２の表面に形成されたＡｌＧａＩｎＡｓの光閉込層１２と、光閉込層１２の表面に形成された複数の井戸層１３及び障壁層１４を有する積層体３０と、積層体３０の表面に形成されたＡｌＧａＩｎＡｓの光閉込層１５と、を備えている。積層体３０は、複数のＡｌＧａＩｎＡｓの井戸層１３と、隣接する井戸層１３の間に配置された複数のＡｌＧａＩｎＡｓの障壁層１４と、を備えている。積層体３０は、井戸層１３及び障壁層１４が交互に積層されている。半導体基板１に最も近い井戸層１３は光閉込層１２に接続されており、半導体基板１にから最も離れている井戸層１３は光閉込層１５に接続されている。

第一クラッド層２は、厚さが１０００～２０００ｎｍであり、キャリア濃度が１．０～４．０×１０^１８ｃｍ^－３である。第二クラッド層４は、厚さが５０～４００ｎｍであり、キャリア濃度が０．５～３．０×１０^１８ｃｍ^－３である。半絶縁性層６は、厚さが１０００～４０００ｎｍであり、キャリア濃度が１．０～１０．０×１０^１６ｃｍ^－３である。ブロック層７は、厚さが３００～１０００ｎｍであり、キャリア濃度が２．０～９．０×１０^１８ｃｍ^－３である。クラッド層８は、厚さが１００～４０００ｎｍであり、キャリア濃度が０．１～３．０×１０^１８ｃｍ^－３である。コンタクト層９は、厚さが１００～１０００ｎｍであり、キャリア濃度が１．０～１０．０×１０^１８ｃｍ^－３である。なお、メサストライプ５を埋める埋込構造は、半絶縁性層６のみに限らず、ｐ型ＩｎＰのクラッド層と、ＦｅドープＩｎＰの半絶縁性層と、ｎ型ＩｎＰのブロック層を順に積層したものでもよい。

メサストライプ５の一例を説明する。メサストライプの５のｘ方向の幅であるリッジ幅は０．５～２．０μｍ程度である。井戸層１３の膜厚は４～６ｎｍであり、井戸層１３の総数は１０～１３層である。井戸層１３は、例えば格子定数で２種類あり、配置位置を考慮して３種類に区別できる。井戸層１３は、格子定数が５８６．９～５８８．７ｐｍの第一の井戸層１３ａ、格子定数が格子定数は５８８．７～５９５．７ｐｍの第二の井戸層１３ｂ及び第三の井戸層１３ｃに区別できる。図７に示すように、第二の井戸層１３ｂは第一の井戸層１３ａよりも半導体基板１側に配置された井戸層であり、第三の井戸層１３ｃは第一の井戸層１３ａよりも半導体基板１から離れた側に配置された井戸層である。第一の井戸層１３ａは、活性層３の中央部に配置されており、中央部の井戸層ということもできる。第二の井戸層１３ｂ及び第三の井戸層１３ｃは、ｙ方向すなわち活性層３の積層方向における第一の井戸層１３ａの周辺に配置されているので、周辺部の井戸層ということもできる。なお、井戸層の符号は、総括的に１３を用い、区別する場合に１３ａ、１３ｂ、１３ｃを用いる。

障壁層１４の膜厚は６～１０ｎｍであり、障壁層１４の総数は９～１２層である。障壁層１４の格子定数は５７９．９～５８９．３ｐｍであり、障壁層１４の組成は１．０８～１．１２μｍである。光閉込層１２の膜厚は１０～２０ｎｍであり、光閉込層１２の格子定数は５８６．９ｐｍであり、光閉込層１２の組成は０．９５～１．１２μｍである。半導体基板１の格子定数は５８６．９ｐｍである。障壁層１４、半導体基板１、中央部の井戸層１３、周辺部の井戸層１３における格子定数を図１０に示した。障壁層１４の格子定数ＳＬｂを第一行に示し、半導体基板１の格子定数ＳＬｓを第二行に示した。中央部の井戸層すなわち第一の井戸層１３ａの格子定数ＳＬｗｃを第三行に示し、周辺部の井戸層すなわち第二の井戸層１３ｂ及び第三の井戸層１３ｃの格子定数ＳＬｗｐを第四行に示した。なお、半導体基板１の格子定数ＳＬｓは、ばらつきの範囲はなく、最小値、中央値、最大値の各欄に同じ数値が記載されている。なお、第一の井戸層１３ａ、第二の井戸層１３ｂ、第三の井戸層１３ｃを区別しない場合の井戸層１３の格子定数は、ＳＬｗと表記する。なお、適宜、第一の井戸層１３ａ、第二の井戸層１３ｂ、第三の井戸層１３ｃを、井戸層１３ａ、井戸層１３ｂ、井戸層１３ｃと表記する。

活性層３は、歪補償多重量子井戸構造の活性層である。半導体基板１の格子定数ＳＬｓ、井戸層１３のＳＬｗ、障壁層１４の格子定数ＳＬｂの関係は、式（１）のようになっている。また、第一の井戸層１３ａの格子定数ＳＬｗｃと第二の井戸層１３ｂ及び第三の井戸層１３ｃの格子定数ＳＬｗｐとの関係は、式（２）のようになっている。
ＳＬｂ＜ＳＬｓ≦ＳＬｗ ・・・（１）
ＳＬｗｃ＜ＳＬｗｐ ・・・（２）

多数の井戸層１３は半導体基板１を基準にして圧縮歪を有しており、少なくとも１つの井戸層１３は半導体基板１を基準にして圧縮歪又は無歪を有しており、障壁層１４は半導体基板１を基準にして引張歪を有している。活性層３は、半導体基板１を基準にして圧縮歪を有する又は無歪の井戸層１３と引張歪を有する障壁層１４とを組み合わせた歪補償多重量子井戸構造の活性層である。なお、図１０では、井戸層１３、障壁層１４の格子定数の設定範囲を示している。第一の井戸層１３ａの格子定数ＳＬｗｃの最大値は第二の井戸層１３ｂ及び第三の井戸層１３ｃの格子定数ＳＬｗｐの最小値と同じ値を記載したが、式（２）の関係が成立するように、井戸層１３は成膜されている。また、第一の井戸層１３ａの格子定数ＳＬｗｃの最小値は、半導体基板１の格子定数と同じあってもよい。なお、図１０に示した、障壁層１４の格子定数ＳＬｂ、第一の井戸層１３ａの格子定数ＳＬｗｃ、第二の井戸層１３ｂ及び第三の井戸層１３ｃの格子定数ＳＬｗｐは、成膜の際のばらつきを考慮したものであり、中央値になるように成膜条件を設定している。図１１の例１が格子定数ＳＬｂ、格子定数ＳＬｗｃ、格子定数ＳＬｗｐが中央値になっている例である。図１１については、後述する。

半導体レーザ装置５０の製造方法を説明する。図２に示すように、面方位（１１０）の半導体基板１の表面に第一クラッド層２と、レーザ光の発光層となる歪補償多重量子井戸構造の活性層３と、第二クラッド層４をＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により順に積層する。第二クラッド層４の表面にＳｉＯ_２等の絶縁膜１６を成膜し、設定されたリッジ幅の絶縁膜１６に加工する。リッジ幅は０．５～２．０μｍ程度である。次に、図３に示すように、絶縁膜１６をマスクとして用いて、第二クラッド層４から第一クラッド層２又は半導体基板１の途中までドライエッチングしてメサストライプ５を形成する。ここではドライエッチングを行ったが、ウエットエッチングでメサストライプ５を形成してもよい。エッチング深さは１～４μｍ程度である。メサストライプ５は［０１１］方向に延伸している。

次に、図４に示すように、メサストライプ５の両側すなわちｙ方向の両側面を埋めるように、半絶縁性層６と、ブロック層７で埋込成長を行う。この場合の埋込構造は半絶縁性層６と、ブロック層７との積層構造であるが、他の埋込構造でも構わない。他の埋込構造は、ｐ型ＩｎＰのクラッド層と、ＦｅドープＩｎＰの半絶縁性層と、ｎ型ＩｎＰのブロック層とを順に積層した構造である。次に、図５に示すように、絶縁膜１６をバッファードフッ酸、又はフッ酸を用いて除去する。その後、クラッド層８と、コンタクト層９とを順に積層する。次に、図１に示すように、コンタクト層９の表面に表面電極であるアノード電極１０を設け、半導体基板１の裏面に裏面電極であるカソード電極１１を設ける。

活性層３の成膜は、図６に示すように、第一クラッド層２の表面に、光閉込層１２と、複数の井戸層１３及び障壁層１４を有する積層体３０と、光閉込層１５とをＭＯＣＶＤにより順に積層する。積層体３０は、井戸層１３及び障壁層１４が交互に積層されている。積層体３０における半導体基板１に最も近い側及び半導体基板１から最も離れる側に井戸層１３が配置されるように、複数の井戸層１３及び障壁層１４が交互に積層される。

図８に、活性層３のエネルギーバンド構造を示した。図８において縦軸はエネルギーであり、横軸はｙ方向の概略位置である。図８に伝導帯４３、価電子帯４４が記載されており、破線４１ａから左側は半導体基板１から離れた側の第二クラッド層４であり、破線４１ａから破線４２ａまでが活性層３であり、破線４２ａから右側は半導体基板１側の第一クラッド層２である。メサストライプ５における半導体基板１からの積層順番は、図８の右から左への方向に進むことになる。半導体基板１からの積層順番に従って説明する。破線４２ａ～破線４２ｂは光閉込層１２であり、破線４２ｂ～破線４２ｃは井戸層１３であり、破線４２ｃ～破線４２ｄは障壁層１４である。破線４２ｂ～破線４１ｂまで積層体３０の井戸層１３、障壁層１４が交互に並んでいる。破線４１ｂから破線４１ａは光閉込層１５である。図８において、井戸層１３は、破線４２ｂ～破線４２ｃ、破線４２ｄ～破線４２ｅ、破線４２ｆ～破線４２ｇ、破線４１ｇ～破線４１ｆ、破線４１ｅ～破線４１ｄ、破線４１ｃ～破線４１ｂの各範囲である。図８において、障壁層１４は、破線４２ｃ～破線４２ｄ、破線４２ｅ～破線４２ｆ、破線４１ｆ～破線４１ｅ、破線４１ｄ～破線４１ｃの各範囲である。

図８では、光閉込層１２、障壁層１４の伝導帯４３のエネルギー値が同じで第一クラッド層２及び第二クラッド層４よりも低く、光閉込層１２、障壁層１４の価電子帯４４のエネルギー値が同じで第一クラッド層２及び第二クラッド層４よりも高い例を示した。

次に、半導体レーザ装置５０の動作について説明する。アノード電極１０からカソード電極１１に電流を流すと、歪補償多重量子井戸構造の活性層３内では第二クラッド層４からホールが注入され、第一クラッド層２から電子が注入される。その結果、活性層３内でホールと電子が再結合し、レーザ発振する。具体的には、ホール及び電子は、光閉込層１２、光閉込層１５及び障壁層１４を通過して、井戸層１３に蓄積され、再結合して発光する。

活性層３の格子定数差、歪量を説明する。図６、図７、図９には、井戸層１３の数が１１で障壁層１４の数が１０の例を示した。図９において、横軸は積層体３０における積層された層の層番号であり、縦軸は半導体基板１の格子定数を基準にした格子定数差である。歪量εは式（３）で表される。
ε＝（ＳＬｍ－ＳＬｓ）／ＳＬｓ ・・・（３）
ここで、格子定数ＳＬｍは、対象材料の格子定数である。

式（３）のＳＬｍ－ＳＬｓは、半導体基板１の格子定数を基準にした対象材料の格子定数差である。図９では、中央部の井戸層１３ａ、周辺部の井戸層１３ｂ、１３ｃの格子定数、障壁層１４の格子定数は図１０に示した中央値を用いている。層番号が２～２０の偶数の層は障壁層１４であり、障壁層１４の格子定数差２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉ、２０ｊは、同じ値の－２．３ｐｍである。層番号が１１の層は中央部の井戸層１３ａであり、井戸層１３ａの格子定数差２１は０．９ｐｍである。層番号が１～９の奇数の層は半導体基板１側に配置された周辺部の井戸層１３ｂであり、井戸層１３ｂの格子定数差２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅは、同じ値の５．３ｐｍである。層番号が１３～２１の奇数の層は半導体基板１から離れた側に配置された周辺部の井戸層１３ｃであり、井戸層１３ｃの格子定数差２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅは、同じ値の５．３ｐｍである。中央部の井戸層１３ａの格子定数ＳＬｗｃと半導体基板１の格子定数ＳＬｓである基板格子定数との差は、基板格子定数と障壁層１４の格子定数ＳＬｂとの差よりも小さい例を示している。

障壁層１４における５７９．９～５８９．３ｐｍの格子定数に対して、井戸層１３の格子定数が５８６．９～５８８．７ｐｍ程度まで小さくすると、中央部の井戸層１３ａと障壁層１４と間の格子不整合によるミスフィット転位の発生は減少する。

これに伴い、歪補償多重量子井戸構造の活性層３で、非発光中心となる欠陥の発生も減少する。このことにより、活性層３に注入されたキャリアが非発光再結合で失われることが減少し、非発光中心となる欠陥で吸収される光の量も減少する。結果的に半導体レーザ装置の温度が上昇して活性層等の結晶が溶融するデバイス劣化を抑制できる。したがって、実施の形態１の半導体レーザ装置５０は、活性層３の中央部及び周辺部の非発光中心となる欠陥を減少でき、光吸収を抑制して、活性層等の結晶溶融に繋がるデバイス劣化を抑制することができる。

実施の形態１の半導体レーザ装置５０は、前述した歪補償多重量子井戸構造の活性層の全ての井戸層の圧縮歪量を低減させた例である比較例２と異なり、周辺部の井戸層１３ｂ、１３ｃは十分大きな圧縮歪量を有しているので、比較例１と同等の特性が得られる。したがって、実施の形態１の半導体レーザ装置５０は、特性を維持しながら活性層３の非発光中心となる欠陥を減少できる。井戸層１３ａが配置されている活性層３の中央部は、レーザ光の光強度が大きい部分、すなわち光強度分布の最大値を含む部分でもある。

図９に示した格子定数差を有する活性層３の歪量εは、中央部の井戸層１３ａが０．１５３×１０^－２であり、周辺部の井戸層１３ｂ、１３ｃが０．９０３×１０^－２である。歪量εを％で表現すれば、中央部の井戸層１３ａの歪量εは０．１５３％であり、周辺部の井戸層１３ｂ、１３ｃの歪量εは０．９０３％である。

非特許文献１の活性層における１．４３％の圧縮歪、非特許文献２の活性層における１．４４％の圧縮歪は、式（４）の関係に基づいたε１を％表記したものである。
ε１＝（ＳＬｂ－ＳＬｗ）／ＳＬｂ ・・・（４）
式（４）に基づいて、図９に示した格子定数差を有する活性層３の歪量ε１を計算すると次のようになる。中央部の井戸層１３ａの歪量ε１は－０．５５％であり、周辺部の井戸層１３ｂ、１３ｃの歪量εは－１．３０％である。非特許文献１、２では符号の－を付けずにＡ％の圧縮歪と表現しているので、非特許文献１、２と同じ表現では、中央部の井戸層１３ａは０．５５％の圧縮歪を有し、周辺部の井戸層１３ｂ、１３ｃは１．３０％の圧縮歪を有しているということになる。実施の形態１の半導体レーザ装置５０は、中央部の井戸層１３ａと共に周辺部の井戸層１３ｂ、１３ｃにおいても非特許文献１、２の半導体レーザ装置よりも圧縮歪を低減できるので、活性層３の井戸層１３の数を５より大きくして特性の低下を抑制しながら、製造ばらつき等によりミスフィット転位すなわち欠陥を特許文献１、２の半導体レーザ装置よりも低減することができる。

図１１に格子定数がばらついた場合の活性層３の例を示した。図１１において、第一行は障壁層１４の格子定数ＳＬｂであり、第二行は半導体基板１の格子定数ＳＬｓであり、第三行～第十三行は井戸層１３の格子定数である。井戸層１３の格子定数は、図１０よりも配置位置を細かくした例を示した。井戸層１３ａよりも半導体基板１側の周辺部の井戸層１３ｂについて、半導体基板１からの積層方向にしたがって、格子定数ＳＬｗｐｌ１～ＳＬｗｐｌ５を示した。同様に、井戸層１３ａよりも半導体基板１から離れた側の周辺部の井戸層１３ｃについて、半導体基板１からの積層方向にしたがって、格子定数ＳＬｗｐｕ１～ＳＬｗｐｕ５を示した。格子定数ＳＬｗｃは、図９の層番号１１の井戸層１３ａの格子定数である。格子定数ＳＬｗｐｌ１、ＳＬｗｐｌ２、ＳＬｗｐｌ３、ＳＬｗｐｌ４、ＳＬｗｐｌ５は、図９の層番号１、３、５、７、９の各井戸層１３ｂの格子定数である。格子定数ＳＬｗｐｕ１、ＳＬｗｐｕ２、ＳＬｗｐｕ３、ＳＬｗｐｕ４、ＳＬｗｐｕ５は、図９の層番号１３、１５、１７、１９、２１の各井戸層１３ｃの格子定数である。

図１１において、格子定数ＳＬｂは中央値であり、井戸層１３の格子定数が最小値、中央値、最大値にばらついている例を例２～例４に示した。井戸層１３の格子定数が区別しやすいように、左側に符号ａ：、ｂ：、ｃ：、Ａ：、Ｂ：、Ｃ：を付した。符号ａ：、ｂ：、ｃ：は、それぞれ周辺部の井戸層１３の最小値、中央値、最大値を示している。符号Ａ：、Ｂ：、Ｃ：は、それぞれ中央部の井戸層１３の最小値、中央値、最大値を示している。例２～例４に示した格子定数を有する活性層３も式（１）、式（２）の関係を満たしいているので、例２～例４に示した格子定数を有する活性層３を備えた半導体レーザ装置５０も、特性を維持しながら活性層３の非発光中心となる欠陥を減少できる。

図７では、格子定数ＳＬｗｃを有する井戸層１３ａよりも半導体基板１側に配置された井戸層１３ｂの数は、格子定数ＳＬｗｃを有する井戸層１３ａよりも半導体基板１から離れる側に配置された井戸層１３ｃの数と同じである例を示した。このため、格子定数ＳＬｗｃを有する井戸層１３ａよりも半導体基板１側に配置された障壁層１４（ｙ方向負側の障壁層１４）の数は、格子定数ＳＬｗｃを有する井戸層１３ａよりも半導体基板１から離れる側に配置された障壁層１４（ｙ方向正側の障壁層１４）の数と同じである。図７に示した井戸層１３の総数が１１であり、障壁層１４の総数が１０である例では、井戸層１３ｂの数と井戸層１３ｃの数は共に５であり、井戸層１３ａからｙ方向負側の障壁層１４と井戸層１３ａからｙ方向正側の障壁層１４の数は共に５である。

以上のように、実施の形態１の半導体レーザ装置５０は、半導体基板１と、井戸層１３及び障壁層１４が交互に積層された多重量子井戸構造の活性層３と、を備えている。障壁層１４は、半導体基板１よりも小さな格子定数ＳＬｂを有している。少なくとも１つの井戸層１３ａは、半導体基板１の格子定数ＳＬｓ以上の格子定数である第一格子定数（格子定数ＳＬｗｃ）を有しており、他の井戸層１３ｂ、１３ｃは、半導体基板１よりも大きな格子定数であって、第一格子定数（格子定数ＳＬｗｃ）よりも大きい格子定数ＳＬｗｐを有している。第一格子定数（格子定数ＳＬｗｃ）を有する井戸層１３ａは、活性層３における積層方向の中央部に配置されている。実施の形態１の半導体レーザ装置５０は、この構成により、他の井戸層１３ｂ、１３ｃよりも小さい第一格子定数（格子定数ＳＬｗｃ）を有する井戸層１３ａが活性層３における積層方向の中央部に配置されているので、すなわち第一格子定数（格子定数ＳＬｗｃ）を有する井戸層１３ａが他の井戸層１３ｂ、１３ｃに囲まれているので、特性を維持しながら活性層３の非発光中心となる欠陥を減少できる。

実施の形態２．
図１２は、実施の形態２に係る半導体レーザ装置の第一例の要部の断面構造を示す図である。図１３は図１２の活性層の格子定数差を示す図であり、図１４は図１２の活性層の格子定数を示す図である。図１５は、実施の形態２に係る半導体レーザ装置の第二例の要部の断面構造を示す図である。図１６は図１５の活性層の格子定数差を示す図であり、図１７は図１５の活性層の格子定数を示す図である。図１８は、図１５の活性層における井戸層の格子定数の例を示す図である。実施の形態２の半導体レーザ装置５０は、実施の形態１の半導体レーザ装置５０とは、歪補償多重量子井戸構造の活性層３における他の井戸層１３すなわち第二の井戸層１３ｂ及び第三の井戸層１３ｃの格子定数ＳＬｗｐよりも小さい第一の井戸層１３ａが２つ以上である点で異なる。実施の形態１の半導体レーザ装置５０と異なる部分を主に説明する。

実施の形態２の半導体レーザ装置５０の活性層３は、井戸層１３の総数は１０～１３層であり、障壁層１４の総数は９～１２層である。図１２に示した第一例の活性層３は、井戸層１３の総数が１２であり、障壁層１４の総数が１１である例を示した。図１５に示した第二例の活性層３は、井戸層１３の総数が１３であり、障壁層１４の総数が１２である例を示した。図１２に示した第一例の活性層３は、第一の井戸層１３ａが２つの例であり、井戸層１３の数が１２で障壁層１４の数が１１の例である。図１２に示した第一例の活性層３は、図７に示した活性層３から、井戸層１３ａ及び障壁層１４がそれぞれ１個増加している。図１５に示した活性層３は第一の井戸層１３ａが３つの例であり、井戸層１３の数が１３で障壁層１４の数が１２の例である。障壁層１４、半導体基板１、中央部の井戸層１３、周辺部の井戸層１３における格子定数を図１４、図１７に示した。

図１４に、実施の形態２に係る半導体レーザ装置５０の第一例の活性層３の各層の格子定数を示した。中央部の２つの第一の井戸層１３ａにおける格子定数をＳＬｗｃ１、ＳＬｗｃ２として示した。格子定数ＳＬｗｃ１と格子定数ＳＬｗｃ２の範囲は同じである。第一例の活性層３における格子定数差を図１３に示した。図１３において、横軸は積層体３０における積層された層の層番号であり、縦軸は半導体基板１の格子定数を基準にした格子定数差である。

図１３では、中央部の井戸層１３ａ、周辺部の井戸層１３ｂ、１３ｃの格子定数、障壁層１４の格子定数は図１４に示した中央値を用いている。層番号が２～２２の偶数の層は障壁層１４であり、障壁層１４の格子定数差２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉ、２０ｊ、２０ｋは、同じ値の－２．３ｐｍである。層番号が１１、１３の層は中央部の井戸層１３ａであり、それぞれの井戸層１３ａの格子定数差２１ａ、２１ｂは０．９ｐｍである。層番号が１～９の奇数の層は半導体基板１側に配置された周辺部の井戸層１３ｂであり、井戸層１３ｂの格子定数差２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅは、同じ値の５．３ｐｍである。層番号が１５～２３の奇数の層は半導体基板１から離れた側に配置された周辺部の井戸層１３ｃであり、井戸層１３ｃの格子定数差２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅは、同じ値の５．３ｐｍである。層番号１１の井戸層１３ａの格子定数はＳＬｗｃ１であり、番号１３の井戸層１３ａの格子定数はＳＬｗｃ２である。

図１７に、実施の形態２に係る半導体レーザ装置５０の第二例の活性層３の各層の格子定数を示した。中央部の３つの第一の井戸層１３ａにおける格子定数をＳＬｗｃ１、ＳＬｗｃ２、ＳＬｗｃ３として示した。格子定数ＳＬｗｃ１、ＳＬｗｃ２、ＳＬｗｃ３におけるそれぞれの範囲は同じである。第一例の活性層３における格子定数差を図１６に示した。図１６において、横軸は積層体３０における積層された層の層番号であり、縦軸は半導体基板１の格子定数を基準にした格子定数差である。

図１６では、中央部の井戸層１３ａ、周辺部の井戸層１３ｂ、１３ｃの格子定数、障壁層１４の格子定数は図１７に示した中央値を用いている。層番号が２～２４の偶数の層は障壁層１４であり、障壁層１４の格子定数差２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉ、２０ｊ、２０ｋ、２０ｌは、同じ値の－２．３ｐｍである。層番号が１１、１３、１５の層は中央部の井戸層１３ａであり、それぞれの井戸層１３ａの格子定数差２１ａ、２１ｂ、２１ｃは０．９ｐｍである。層番号が１～９の奇数の層は半導体基板１側に配置された周辺部の井戸層１３ｂであり、井戸層１３ｂの格子定数差２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅは、同じ値の５．３ｐｍである。層番号が１７～２５の奇数の層は半導体基板１から離れた側に配置された周辺部の井戸層１３ｃであり、井戸層１３ｃの格子定数差２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅは、同じ値の５．３ｐｍである。層番号１１の井戸層１３ａの格子定数はＳＬｗｃ１であり、番号１３の井戸層１３ａの格子定数はＳＬｗｃ２であり、番号１５の井戸層１３ａの格子定数はＳＬｗｃ３である。

実施の形態２の半導体レーザ装置５０は、歪補償多重量子井戸構造の活性層３における他の井戸層１３すなわち第二の井戸層１３ｂ及び第三の井戸層１３ｃの格子定数ＳＬｗｐよりも小さい第一の井戸層１３ａが２つ以上であるが、他の構成は実施の形態１の半導体レーザ装置５０と同様なので、実施の形態１の半導体レーザ装置５０と同様の効果を奏する。

図１８に格子定数がばらついた場合における第二の活性層３の例を示した。なお、格子定数がばらついた場合における第一の活性層３の例は、図１８の格子定数ＳＬｗｃ３がない場合である。図１８において、第一行は障壁層１４の格子定数ＳＬｂであり、第二行は半導体基板１の格子定数ＳＬｓであり、第三行～第十五行は井戸層１３の格子定数である。井戸層１３ａよりも半導体基板１側の周辺部の井戸層１３ｂについて、半導体基板１からの積層方向にしたがって、格子定数ＳＬｗｐｌ１～ＳＬｗｐｌ５を示した。同様に、井戸層１３ａよりも半導体基板１から離れた側の周辺部の井戸層１３ｃについて、半導体基板１からの積層方向にしたがって、格子定数ＳＬｗｐｕ１～ＳＬｗｐｕ５を示した。格子定数ＳＬｗｃ１、ＳＬｗｃ２、ＳＬｗｃ３は、図１６の層番号１１、１３、１５の井戸層１３ａの格子定数である。格子定数ＳＬｗｐｌ１、ＳＬｗｐｌ２、ＳＬｗｐｌ３、ＳＬｗｐｌ４、ＳＬｗｐｌ５は、図１６の層番号１、３、５、７、９の各井戸層１３ｂの格子定数である。格子定数ＳＬｗｐｕ１、ＳＬｗｐｕ２、ＳＬｗｐｕ３、ＳＬｗｐｕ４、ＳＬｗｐｕ５は、図１６の層番号１７、１９、２１、２３、２５の各井戸層１３ｃの格子定数である。

図１８において、格子定数ＳＬｂは中央値であり、井戸層１３の格子定数が中央値である例を例５に示し、格子定数ＳＬｂは中央値であり、井戸層１３の格子定数が最小値、中央値、最大値にばらついている例を例６～例８に示した。井戸層１３の格子定数において左側に付した符号ａ：、ｂ：、ｃ：、Ａ：、Ｂ：、Ｃ：は図１１と同じである。例５～例８に示した格子定数を有する活性層３も式（１）、式（２）の関係を満たしいているので、例５～例８に示した格子定数を有する活性層３を備えた半導体レーザ装置５０も、特性を維持しながら活性層３の非発光中心となる欠陥を減少できる。

実施の形態３．
図１９は、実施の形態３に係る半導体レーザ装置の要部の断面構造を示す図である。図２０は図１９の活性層のエネルギーバンド構造を示す図であり、図２１は図１９の活性層の格子定数を示す図である。実施の形態３の半導体レーザ装置５０は、実施の形態１の半導体レーザ装置５０とは、活性層３において中央部の井戸層１３ａが無く、活性層３において中央部に膜厚がｔｂ１の障壁層１４が配置され、活性層３における他の障壁層１４の膜厚ｔｂ２が膜厚ｔｂ１より薄くなっている点で異なる。実施の形態１の半導体レーザ装置５０と異なる部分を主に説明する。

実施の形態３の半導体レーザ装置５０の活性層３は、井戸層１３の総数は１０～１３層であり、障壁層１４の総数は９～１２層である。図１９に示した活性層３は、井戸層１３の総数が１０であり、障壁層１４の総数が９である例を示した。実施の形態３の半導体レーザ装置５０は、実施の形態１の半導体レーザ装置５０における、歪補償多重量子井戸構造の活性層３におけるレーザ光の光強度が強い部分である中央部の井戸層１３ａを障壁層１４に置き換えた構造又は中央部の井戸層１３ａを削除した構造と考えることもできる。また、歪補償多重量子井戸構造の活性層３におけるレーザ光の光強度が強い部分である中央部の障壁層１４の一つが他の障壁層１４よりも厚膜化された構造でもある。障壁層１４は、例えば膜厚で２種類あり、配置位置を考慮して３種類に区別できる。障壁層１４の膜厚ｔｂ１、ｔｂ２は、活性層３における積層方向の幅すなわちｙ方向の幅である。第一の障壁層１４ａは、膜厚ｔｂ１を有する障壁層である。第二の障壁層１４ｂは、膜厚ｔｂ１よりも小さい膜厚ｔｂ２を有する障壁層であり、第一の障壁層１４ａよりも半導体基板１側に配置されている。第三の障壁層１４ｃは、膜厚ｔｂ１よりも小さい膜厚ｔｂ２を有する障壁層であり、第一の障壁層１４ａよりも半導体基板１から離れる側に配置されている。

図１９に示すように、第二の障壁層１４ｂは第一の障壁層１４ａよりも半導体基板１側に配置された障壁層であり、第三の障壁層１４ｃは第一の障壁層１４ａよりも半導体基板１から離れた側に配置された障壁層である。第一の障壁層１４ａは、活性層３の中央部に配置されており、中央部の障壁層ということもできる。第二の障壁層１４ｂ及び第三の障壁層１４ｃは、ｙ方向すなわち活性層３の積層方向における第一の障壁層１４ａの周辺に配置されているので、周辺部の障壁層ということもできる。なお、障壁層の符号は、総括的に１４を用い、区別する場合に１４ａ、１４ｂ、１４ｃを用いる。

障壁層１４、半導体基板１、井戸層１３における格子定数を図２１に示した。障壁層１４の格子定数ＳＬｂを第一行に示し、半導体基板１の格子定数ＳＬｓを第二行に示し、井戸層１３の格子定数ＳＬｗを第三行に示した。図２１の格子定数ＳＬｂの範囲は、図１０の格子定数ＳＬｂの範囲と同じである。図２１の格子定数ＳＬｗは、図１０の格子定数ＳＬｗｐの範囲と同じである。なお、半導体基板１の格子定数ＳＬｓは、ばらつきの範囲はなく、最小値、中央値、最大値の各欄に同じ数値が記載されている。

図２０に、活性層３のエネルギーバンド構造を示した。図２０において縦軸はエネルギーであり、横軸はｙ方向の概略位置である。図２０は、図８の破線４２ｇと破線４１ｇとの間に中央部の障壁層１４ａと障壁層１４ａに隣接する井戸層１３が追加された図に相当する。図８と異なる部分を主に説明する。図２０において、井戸層１３は、破線４２ｂ～破線４２ｃ、破線４２ｄ～破線４２ｅ、破線４２ｆ～破線４２ｇ、破線４２ｈ～破線４２ｉ、破線４１ｉ～破線４１ｈ、破線４１ｇ～破線４１ｆ、破線４１ｅ～破線４１ｄ、破線４１ｃ～破線４１ｂの各範囲である。図２０において、中央部の障壁層１４ａは破線４２ｉ～破線４１ｉの範囲である。中央部の障壁層１４ａよりもｙ方向負側に位置する障壁層１４ｂは、破線４２ｃ～破線４２ｄ、破線４２ｅ～破線４２ｆの各範囲である。中央部の障壁層１４ａよりもｙ方向正側に位置する障壁層１４ｃは、破線４１ｆ～破線４１ｅ、破線４１ｄ～破線４１ｃの各範囲である。

図２０では、図８と同様に、光閉込層１２、障壁層１４の伝導帯４３のエネルギー値が同じで第一クラッド層２及び第二クラッド層４よりも低く、光閉込層１２、障壁層１４の価電子帯４４のエネルギー値が同じで第一クラッド層２及び第二クラッド層４よりも高い例を示した。

中央部の障壁層１４ａの膜厚ｔｂ１と周辺部の障壁層１４ｂ、１４ｃの膜厚ｔｂ２の例を示す。実施の形態１では、井戸層１３の膜厚は４～６ｎｍであり、障壁層１４の膜厚は６～１０ｎｍである例を示した。図７の中央部の井戸層１３ａを障壁層１４に置き換えて、中央部の障壁層１４ａとする場合を考える。障壁層１４ｂ、１４ｃの膜厚ｔｂ２は、６～１０ｎｍである。中央部の障壁層１４ａの膜厚ｔｂ１は、図７の中央部の井戸層１３ａとこれに隣接する２つの障壁層１４の膜厚になるので、１６～２６ｎｍになる。また、中央部の障壁層１４ａの膜厚ｔｂ１は、図７の中央部の井戸層１３ａを削除した例でも構わない。この場合は、中央部の障壁層１４ａの膜厚ｔｂ１は２×ｔｂ２になる。また、中央部の障壁層１４ａの膜厚ｔｂ１は、活性層３におけるレーザ光の光強度が強い部分を包含する厚さであればよい。

実施の形態３の半導体レーザ装置５０は、歪補償多重量子井戸構造の活性層３におけるレーザ光の光強度が強い部分である中央部の障壁層１４の一つが他の障壁層１４よりも厚膜化された構造なので、非発光中心となる欠陥を無くし、光吸収を抑制して、活性層等の結晶溶融に繋がるデバイス劣化を抑制することができる。

図１９では、膜厚ｔｂ１の障壁層１４ａよりも半導体基板１側に配置された障壁層１４ｂの数は、障壁層１４ａよりも半導体基板１から離れる側に配置された障壁層１４ｃの数と同じである例を示した。このため、膜厚ｔｂ１の障壁層１４ａよりも半導体基板１側に配置された井戸層１３ｂの数は、障壁層１４ａよりも半導体基板１から離れる側に配置された井戸層１３ｃの数と同じである。図１９に示した井戸層１３の総数が１０であり、障壁層１４の総数が９である例では、障壁層１４ｂの数と障壁層１４ｃの数は共に４であり、井戸層１３ｂの数と井戸層１３ｃの数は共に５である。

以上のように、実施の形態３の半導体レーザ装置５０は、半導体基板１と、井戸層１３及び障壁層１４が交互に積層された多重量子井戸構造の活性層３と、を備えている。井戸層１３は、半導体基板１よりも大きな格子定数ＳＬｗを有している。１つの障壁層１４ａは、半導体基板１よりも小さな格子定数ＳＬｂを有しており、かつ活性層３における積層方向の幅が第一幅（膜厚ｔｂ１）である。他の障壁層１４ｂ、１４ｃは、半導体基板１よりも小さな格子定数ＳＬｂを有しており、かつ活性層３における積層方向の幅（膜厚ｔｂ２）が第一幅（膜厚ｔｂ１）よりも小さくなっている。第一幅（膜厚ｔｂ１）を有する障壁層１４ａは、活性層３における積層方向の中央部に配置されている。実施の形態３の半導体レーザ装置５０は、この構成により、レーザ光の光強度が強い部分である中央部の障壁層１４ａが他の障壁層１４ｂ、１４ｃよりも厚膜化された構造なので、特性を維持しながら活性層３の非発光中心となる欠陥を減少できる。

なお、本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１…半導体基板、３…活性層、１２…光閉込層、１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ…井戸層、１４…障壁層、１４ａ…障壁層（第一障壁層）、１４ｂ、１４ｃ…障壁層、１５…光閉込層、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉ、２０ｊ、２０ｋ、２０ｌ…格子定数差、２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…格子定数差、５０…半導体レーザ装置、ＳＬｂ…格子定数、ＳＬｓ…格子定数（基板格子定数）、ＳＬｗｃ、ＳＬｗｃ１、ＳＬｗｃ２、ＳＬｗｃ３…格子定数（第一格子定数）、ＳＬｗｐ…格子定数、ｔｂ１…膜厚（第一幅）、ｔｂ２…膜厚

Claims (5)

1. 半導体基板と、井戸層及び障壁層が交互に積層された多重量子井戸構造の活性層と、を備えた半導体レーザ装置であって、
   前記障壁層は、前記半導体基板よりも小さな格子定数を有しており、
   少なくとも１つの前記井戸層は、前記半導体基板の格子定数以上の格子定数である第一格子定数を有しており、
   他の前記井戸層は、前記半導体基板よりも大きな格子定数であって、前記第一格子定数よりも大きい格子定数を有しており、
   前記第一格子定数を有する前記井戸層は、前記活性層における積層方向の中央部に配置されており、
   他の前記井戸層の格子定数と前記第一格子定数との差は８．８ｐｍ以下であり、
   前記井戸層は、
   材料がＡｌＧａＩｎＡｓであり、膜厚が４から６ｎｍであり、
   前記障壁層は、
   材料がＡｌＧａＩｎＡｓであり、膜厚が６から１０ｎｍであり、
   前記井戸層の層数は１０から１３であり、前記障壁層の層数は前記井戸層の層数よりも１つ少ない数であり、
   前記第一格子定数を有する前記井戸層の歪量は、
   中央値が０．１５３％であり、最小値が０．０００％であり、最大値が０．３０７％であり、
   他の前記井戸層の歪量は、
   中央値が０．９０３％であり、最小値が０．３０７％であり、最大値が１．４９９％であり、
   前記障壁層の歪量は、
   中央値が－０．３９２％であり、最小値が－１．１９３％であり、最大値が０．４０９％である、
   半導体レーザ装置。
2. 前記第一格子定数を有する前記井戸層よりも前記半導体基板側に配置された前記井戸層の数は、前記第一格子定数を有する前記井戸層よりも前記半導体基板から離れる側に配置された前記井戸層の数と同じである、請求項１記載の半導体レーザ装置。
3. 前記第一格子定数と前記半導体基板の格子定数である基板格子定数との差は、前記基板格子定数と前記障壁層の格子定数との差よりも小さい、請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
4. 前記第一格子定数を有する前記井戸層は１つである、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
5. 前記第一格子定数を有する前記井戸層は２つ以上である、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。

Images